Цели урока:
Отработать обязательные результаты учения по теме «Законы Ньютона», систематизировать учебный материал путем использования структурной схемы динамики.
Совершенствовать навыки учащихся и расширять их границы при выполнении качественных, расчетных и экспериментальных задач по динамике.
Развивать умения работать с приборами, анализировать и объяснять результаты опыта.
Формировать современные научные понятия об окружающем мире и его законах.
Продолжить формировать умения работы в группах по решению различного рода задач динамике с применением алгоритма решения задач.
Научить видеть проявления изученных закономерностей в окружающей жизни.
Подчеркнуть познавательное и мировоззренческое, практическое и воспитательное значение законов Ньютона. Развивать коммуникативные способности учащихся.
Методы и приёмы:
Беседа;
Работа со структурной схемой;
Демонстрация и наблюдение опытов;
Выдвижение гипотезы;
Моделирование;
Теоретическое предвидение результата опыта;
Работа в группах;
Решение задач;
Запись на доске и в тетрадях;
Работа с алгоритмами.
Оборудование:
прибор для демонстрации законов динамики,
воздуходувка,
секундомер.
два динамометра,
связанные нитью,
стакан,
картон и монета,
воздушный шарик,
стакан с водой,
лист бумаги,
линейка.
Содержание.
Повторение основных динамических величин и законов. Отработка обязательных результатов по теме «Динамика».
Работа в группах над решением качественных задач.
Работа в группах над экспериментом.
Применение законов Ньютона к решению задач базового, профильного и углубленного уровня.
Ход урока
I. Мотивация учебно-познавательной деятельности, сообщение темы, цели и задач урока.
Учитель: Механика является той областью физики, с которой мы чаще, чем с другими, встречаемся в жизни. Механические явления, процессы, события окружают нас повседневно и, как правило, не требуют специальных приборов для наблюдений, они присутствуют вокруг нас «весомо, грубо, зримо».
В окружающем нас мире мы наблюдаем движения макроскопических тел. Причиной всех движений, кроме «идеального» инерциального движения, являются взаимодействия тел.
Взаимодействия тел приводят к ускорению их движения или к деформациям. В первом случае тело моделируют материальной точкой, во втором - упругим телом. Понятно, насколько важно уметь вычислять ускорения, без этого нельзя решать задачи механики, нельзя управлять движением. Но чтобы находить ускорения, нужно знать, почему и как они возникают. Физика вообще всегда стремится выяснить, не только как происходит то или иное явление, но и почему оно происходит, почему оно происходит так, а не иначе. А английский поэт Александр Поп предельно лаконично выразил место Ньютона в науке (в переводе академика А.П. Павлова):
Природы строй, ее закон, в предвечной тьме таился,
И Бог сказал: «Явись, Ньютон!» И всюду свет разлился.
А Исаак Ньютон незадолго перед смертью, словно оглядывая свою жизнь, такую спокойную внешне и такую неистово бурную внутренне, писал:
«Не знаю, чем я могу казаться миру, но самому себе я кажусь мальчиком, играющим у моря, которому удалось найти более красивый камешек, чем другим, в то время как великий океан истины расстилается передо мной неисследованным»
И. Ньютон (1643-1727), изучая этот океан неизвестного, сделал очень многое. Вот об этом мы с вами и поговорим.
II. Повторение и систематизация теоретических знаний.
1. На предыдущих уроках мы не раз убеждались, что для всестороннего изучения движения требуется введение специальных физических величин, изучение физических законов. Вспомним их, работая со структурной схемой (приложение 1)
Учитель:
Поясните элементы 1-6.
Механика.
Кинематика.
Динамика.
Статика.
Законы сохранения.
Колебания и волны.
2. Работаем над элементом 3. Динамика – раздел механики, в основе которого лежит количественное описание взаимодействия тел, определяющего характер их движения.
3. Какие величины в динамике мы изучили:
а) сила,
б) масса.
4. Отвечая на вопрос о физической величине, какой алгоритм мы используем?
Определение физической величины:
Тип величины (скалярная или векторная).
Что характеризует величина.
Способ получения численного значения величины.
Единицы измерения.
5. Расскажите, что вы знаете о силе.
Ответ учащегося:
Сила-величина векторная
Сила F определяется:
1) модулем
2) направлением
3) точкой приложения
Сила - характеристика взаимодействия тел, количественная мера механического воздействия на тело со стороны других тел, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет форму и размеры.
Измерить силу - это значит сравнить её с другой, значение которой известно. На этом основан принцип действия динамометра.
Единица силы - Н . 1Н=1кг·1м/с2
Расскажите, что вы знаете о массе.
Величина скалярная
Во времена Ньютона для описания механических явлений достаточно было определить массу как меру количества вещества. В наше время для описания квантовых и релятивистских представлений ньютоновское определение массы оказалось непригодным, и начался поиск изменения этого уже утвердившегося в физике понятия.
Новое определение массы должно использоваться, как и в области применимости законов классической физики, так и при рассмотрении физических явлений, описываемых лишь квантовыми и релятивистскими законами. Эта задача оказалась трудной. Долгое время считалось очевидным, что с простым понятием «масса» как однозначной и неизменной характеристикой данного тела расстались навсегда. Вместо одного определения, которое использовалось как мера количества вещества, появились три различных определения понятия «масса». Перечислим их.
1. Инертная масса тела, определяемая
ускорением тела 
, которое возникает под действием
силы F, на основании второго закона Ньютона: 
2. Гравитационная масса m тела, определяемая по силе F гравитационного взаимодействия с другими телами известной массы M:
3.Релятивистская масса m тела, определяемая на основании соотношения Эйнштейна, устанавливающего связь между массой и полной энергией тела:
Все три массы проявляются в различных взаимодействиях, поэтому они оказываются независимыми друг от друга. Однако специально выполненные эксперименты показали, что они строго пропорциональны друг другу.
Согласно современным представлениям, масса тела является однозначной и неизменной физической характеристикой тела, определяющей его инертные, гравитационные свойства и энергию покоя.
Доказательство равенства инертной и гравитационной масс может быть получены из следующего рассуждения. Если в вакууме одновременно сбросить на Землю два тела, одно из которых массивнее другого, то оба тела будут падать с одинаковым ускорением. Так как для обоих тел, а =g, следовательно, и масса инертная равна массе гравитационной
mин = mгр.
Как это ни удивительно, проводились достаточно хитроумные и дорогостоящие опыты, подтверждающие равенство инертной и гравитационной масс с точностью до 10-11. Эта точность лишний раз свидетельствует о том, что инертная и гравитационная массы эквивалентны друг другу. На этом «принципе эквивалентности» Альберт Эйнштейн построил свою общую теорию относительности.
Способ получения:
1) По ускорению при взаимодействии с эталоном
2) Взвешиванием
Единица массы 1 кг
Что мы можем найти, зная силу? Как запишется цепочка решения основной задачи механики в этом случае?
Сила 
ускорение скорость перемещение координата
2. Учитель:
Когда великий ученый Исаак Ньютон был маленьким, он учился хуже всех в классе. Однако это продолжалось недолго. Некоторое время спустя двоечник стал первым учеником, и "помог" ему в этом его двоюродный брат Артур.
Артур был здоровяк и все время лупил своего тщедушного родственника. Учился Артур тоже через пень-колоду, но все-таки лучше юного Ньютона.
- Я лучше тебя во всем, - дразнил он Исаака.
- Спорим, я за месяц обгоню тебя в учебе! - рассердившись, заявил однажды Ньютон.
- Где тебе!
Вечером Ньютон, поборов лень, впервые выполнил заданные уроки и - о чудо! - на следующий день получил отличную отметку... Учиться оказалось совсем не трудно, так что через месяц юный Ньютон обогнал не только нерадивого брата-задиру, но и весь класс...
Разбуженного джинна познания нельзя снова спрятать в темную заплесневелую бутылку. С того счастливого для мировой науки эпизода начался процесс превращения скромного английского школьника в совершенно самостоятельного и оригинального исследователя.
Чем же знаменит Исаак Ньютон?
Ученики: Земная механика многим обязана гению Ньютона. Он создал
научный труд «Математические начала натуральной философии». (1687 г.) В этом труде определены основные понятия масса, сила, ускорение, три закона механики и закон всемирного тяготения. Он сформулировал три закона движения тел, с помощью которых механики до сих пор рассчитывают самые сложные конструкции, определяют скорость и ускорение многочисленных механизмов и транспортных средств, оценивают прочность конструкций. Законы движения были сформулированы, а не открыты Ньютоном. Дело в том, что изучением движения занимались многие ученые, жившие до него. Ньютон писал в одном из своих писем английскому физику Р. Гуку: «Если я видел дальше, чем другие, то лишь потому, что стоял на плечах гигантов» (Аристотеля, Коперника, Галилея). Без имени Ньютона нет физики, а для Ньютона без физики и математики не было бы жизни. Наука для него — это и вода, и воздух, и пища. Его именем названы теоремы, законы, единицы измерения силы. Если бы была возможность измерить силу человеческого гения, ее тоже можно было бы назвать Ньютоном. Недаром на надгробной плите могилы Ньютона высечены слова: «...пусть смертные радуются, что существовало такое украшение рода человеческого».
По словам С. И. Вавилова, «ньютоновская механика не историческая реликвия, а основа естествознания сегодня. Он был непоколебимо убежден, что знания о мире мы должны черпать непосредственно из явлений и фактов, избегая любых необоснованных гипотез. Природа как бы устрашилась путаницы и хаоса и создала Ньютона с его конструктивным умом, спокойным и холодным правом. Свой главный труд жизни «Математические начала натуральной философии» Ньютон противопоставляет книге Декарта «Начала философии». Два добавленных Ньютоном в название книги слова означают позицию автора: «Я гипотез не измышляю».
Законы Ньютона позволяют нам теперь ответить на многие вопросы «почему», которые я задаю вам:
1. Почему, при каких условиях тело совершает прямолинейное равномерное движение или находится в покое? Ответ дает 1-й закон Ньютона /ученик дает формулировку закона/.
2. Почему и при каких условиях тело движется равноускоренно? Ответ дает на этот вопрос 2-й закон Ньютона /ученик зачитывает формулировку закона/.
3. Как вообще возникает сила? Ответ на этот вопрос дает 3-й закон Ньютона ученик зачитывает формулировку закона/.
Законы движения выражаются простыми, на первый взгляд, формулами, но содержится в них необыкновенно много. Ведь вокруг нас происходят самые разнообразные движения.
Запишите эти формулы на доске. Учащийся записывает формулы на доске.
Приведите примеры разнообразных движений, изучая которые, мы применяем законы Ньютона.
Учащиеся приводят примеры: движение бешенного огурца, движение ракеты, течение воды в реках, проносятся над землей ветры и ураганы, мчатся по дорогам автомобили, ходят по морям корабли, летают в воздухе самолеты, в космическом пространстве движутся галактики, звезды, планеты, созданные человеком космические корабли.
И эти движения, и тела, которые их совершают, не похожи друг на друга! Различны и силы, действующие на них. Но для всех движений и тел справедливы законы Ньютона, вышеприведенные математическими выражениями, на вид такими простыми.
Законы Ньютона позволяют решить любую, без исключения, задачу механики. Докажем это, работая в группах над решением качественных, экспериментальных и расчетных задач.
III. Работа в группах (качественные задачи) + задача экспериментальная.
Каждая группа представляет свою качественную задачу и объясняет ход её решения.
Учитель: «Экспериментируя, исследователь как бы спрашивает природу: верна ли его гипотеза, справедливы ли его теоретические рассуждения? Результаты решающего опыта либо подтверждают выводы ученого, либо решительно опровергают его, заявляя: нужно думать дальше».
Учащиеся проводят эксперимент.Учитель: «И конечно же, законы Ньютона являются незаменимым орудием при решении сложных задач на расчет параметров движения. Каждой группе нужно выбрать представителя, который защитит расчетную задачу, используя алгоритм решения задач на законы Ньютона».
Ученики решают задачу у доски и объясняют её.
Задания группам
Группа 1.
Задача 1. (качественная).
Положим, что на очень высокой горе, такой высокой, что вершина ее находится вне атмосферы, мы установили гигантское артиллерийское орудие. Ствол его расположили строго параллельно поверхности земного шара и выстрелили. Какова должна быть скорость снаряда. Чтобы он не упал на землю, а превратился в искусственный спутник Земли?
Задача 2 (экспериментальная).
Опытным путем доказать справедливость третьего закона Ньютона.
Задача 3. (расчетная) (№198).
С какой скоростью автомобиль должен проходить с середины выпуклого моста радиусом 40 метров, чтобы пассажир на мгновение оказался в состоянии невесомости?
Группа 2.
Задача 1. (качественная).
Если действие, как гласит закон, всегда равно и противоположно противодействию, то сила, с которой лошадь тянет телегу вперед, равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой телега «тянет» лошадь назад. Но телега движется вперед, а лошадь назад не движется. Почему и телега, и лошадь движутся вперед?
Задача 2 (экспериментальная).
Проверить зависимость ускорения от движущей силы при постоянной массе.
Задача 3. (расчетная) (№ 184).
Космическая ракета на старте с поверхности земли движется вертикально с ускорением 20 м/с2, найти вес летчика-космонавта в кабине, если его масса 80 кг.
Группа 3.
Задача 1. (качественная).
Яблоко падает на землю оттого, что его
притягивает земной шар; но
точно с такой же силой и яблоко притягивает к
себе всю нашу планету. От
чего мы говорим, что яблоко падает на землю,
вместо того чтобы сказать:
«Яблоко и земля падают друг на друга»?
Задача 2 (экспериментальная).
Докажите экспериментально справедливость первого закона Ньютона.
Задача 3 (расчетная № 310 (Р))
Брусок массой 400 г под действием груза 100 г покоя. проходит расстояние из состояния покоя 80см за 2 с. Найти коэффициент трения
Группа 4.
Задача 1. (качественная).
История о том, как «лебедь, рак да щука везти с поклажей воз взялись», известна всем. Но если рассматривать эту басню с точки зрения механики, результат получается вовсе не похожий на вывод баснописца Крылова. Каким он будет?
Напоминаем:
Лебедь рвется в облака,
Рак пятится назад,
А щука тянет рака.
Задача 2 (экспериментальная).
Доказать экспериментально справедливость первого закона Ньютона.
Задача 3 (расчетная).
На наклонной плоскости длиной S,
высотой h, покоится брусок массой m. При помощи
динамометра брусок втащили наверх. Коэффициент
трения 
.
Найти показания динамометра.
Группа 5.
Задача 1. (качественная).
Возможно ли путешествие способом, предложенным Сирано де Бержераком, героем одноименного Эдмона Ростана?
Лечь на железный лист
И сильными рывками
Магнит подбрасывать,
Он лист железный с вами
Подтянет кверху.
Вы опять.
Так до Луны и упражняйтесь.
Задача 2 (экспериментальная).
Опытным путем доказать справедливость третьего закона Ньютона.
Задача 3 (расчетная).
Груз, подвешенный на нити длиной 60 см, двигаясь равномерно, описывает в горизонтальной плоскости окружность. С какой скоростью движется груз, если во время его движения нить образует с вертикалью постоянный угол ?=30°.
Группа 6.
Задача 1. (качественная).
Почему при сплаве леса большое количество бревен выбрасывается на берег при повороте реки?
Задача 2 (экспериментальная).
Доказать зависимость ускорения движущегося тела от его массы при постоянной силе.
Задача 3 (расчетная).
К телу массой 4 кг, лежащему на шероховатой горизонтальной плоскости, приложена сила F < mg, направленная под углом a=30° к горизонту, коэффициент трения скольжения равен 0,2. Найти ускорение тела, если сила равна 19,6Н
Дополнительная задача.
Барон Мюнхгаузен утверждал, что вытащил себя из болота за волосы. Обоснуйте невозможность этого.
Учитель. Законы Ньютона позволяют людям не только изучать движения, но и управлять ими.
Ученики.
Механическое движение в современной технике используется в двух направлениях: или как цель производства, например перемещение в пространстве людей и грузов различными видами транспорта, доставка ракетами ИСЗ на соответствующие орбиты; или как средство достижения цели, например движение резца, сверла, фрезы при обработке металла резанием или вращение ротора умформера, т.е. механического преобразователя электрического тока.
Следует отметить, что законы движения надо и знать и помнить машинистам поездов, водителям автомашин и вообще всем, кто управляет транспортными средствами, а также пешеходам, пересекающим оживленную улицу, - ведь для остановки движущихся тел нужны время и пространство.
Учитель: Бурно развивающаяся техника требует решения ряда научных проблем, в первую очередь в механике. Ньютон видел в науке важный способ совершенствования производства. Вот что об этом он написал…
«Если дети будут хорошо обучены и воспитаны опытными учителями, то со временем народ получит более умных моряков, кораблестроителей, архитекторов, инженеров и лиц всевозможных математических профессий для работы, как на море, так и на суше».
Эти слова ученого не потеряли своего значения и в наше время. Изучая основы динамики, мы овладели ее основными понятиями и законами, научились решать задачи и, что особенно важно, научились, применять законы динамики в технике. Это поможет вам в дальнейшем понять принципы устройства и работы тех машин и механизмов, с которыми придется иметь дело на производстве, в армии, в быту.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Закончить наш урок мне хочется словами великого ученого Альберта Эйнштейна. Он говорил, что истина - это что выдерживает проверку опытом. Наши эксперименты показали справедливость законов Ньютона. А Эйнштейн писал: «Прости меня, Ньютон! Ты нашел единственно возможный для твоего времени путь, который был доступен человеку величайшей мысли, каким был ты…. Но сегодня мы уже знаем, что для более глубокого постижения мировых связей мы должны заменить твои понятия другими, более удаленными от сферы непосредственного опыта. И на уроках физики, изучая теорию относительности Эйнштейна, мы узнаем, что это сделал величайший ученый А. Эйнштейн.
Итак, мы с вами эффективно поработали. Давайте подведем итоги. На каждом столе лежит лист рефлексии. Проанализируйте каждый свою работу и работу групп и ответьте на поставленные там вопросы. А теперь прошу очень кратко высказаться по результатам достижения целей и эффективности работы в группах.
ИТОГ.
Сегодня вы продуктивно поработали, осознали, глубоко ли вы освоили основные понятия и законы динамики. Развили умение проводить эксперименты, делать выводы, оценивать результаты своей работы.